การพัฒนาและสถานะทางการตลาดของเลเซอร์แบบปรับได้ (ภาคที่ 2)
หลักการทำงานของเลเซอร์ปรับได้
มีหลักการคร่าวๆ สามประการในการปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ ส่วนใหญ่เลเซอร์แบบปรับได้ใช้สารทำงานที่มีเส้นเรืองแสงกว้าง ตัวสะท้อนที่ประกอบเป็นเลเซอร์มีการสูญเสียต่ำมากในช่วงความยาวคลื่นที่แคบมากเท่านั้น ดังนั้น วิธีแรกคือการเปลี่ยนความยาวคลื่นของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับบริเวณการสูญเสียต่ำของตัวสะท้อนด้วยองค์ประกอบบางอย่าง (เช่น กริด) วิธีที่สองคือการเปลี่ยนระดับพลังงานของการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ภายนอกบางอย่าง (เช่น สนามแม่เหล็ก อุณหภูมิ ฯลฯ) วิธีที่สามคือการใช้เอฟเฟกต์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นเพื่อให้เกิดการแปลงและการปรับความยาวคลื่น (ดูออปติกที่ไม่เป็นเชิงเส้น การกระเจิงรามานที่กระตุ้น การเพิ่มความถี่แสงเป็นสองเท่า การสั่นแบบพาราเมตริกแสง) เลเซอร์ทั่วไปที่อยู่ในโหมดการปรับแรก ได้แก่ เลเซอร์สีย้อม เลเซอร์ไครโซเบริล เลเซอร์ศูนย์สี เลเซอร์ก๊าซแรงดันสูงที่ปรับได้ และเลเซอร์เอ็กไซเมอร์ที่ปรับได้
เลเซอร์ปรับได้จากมุมมองของเทคโนโลยีการรับรู้แบ่งออกเป็น: เทคโนโลยีการควบคุมปัจจุบัน เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ และเทคโนโลยีการควบคุมเชิงกล
ในบรรดานั้น เทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์คือการทำให้การปรับความยาวคลื่นสำเร็จโดยการเปลี่ยนกระแสการฉีดด้วยความเร็วการปรับระดับ NS แบนด์วิดท์การปรับที่กว้าง แต่กำลังส่งออกที่เล็ก โดยอาศัยเทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลักคือ SG-DBR (การสุ่มตัวอย่างแบบกริด DBR) และเลเซอร์ GCSR (การสะท้อนกลับแบบการสุ่มตัวอย่างแบบกริดเสริมทิศทาง) เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิจะเปลี่ยนความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของบริเวณที่ใช้งานของเลเซอร์ เทคโนโลยีนี้เรียบง่าย แต่ช้า และสามารถปรับได้ด้วยแบนด์วิดท์แคบเพียงไม่กี่นาโนเมตร เทคโนโลยีหลักที่ใช้เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ ได้แก่ดีเอฟบี เลเซอร์(การตอบรับแบบกระจาย) และเลเซอร์ DBR (การสะท้อนแบบแบรกก์แบบกระจาย) การควบคุมเชิงกลนั้นส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี MEMS (ระบบไมโครอิเล็กโทรแมคคานิกส์) เพื่อทำให้การเลือกความยาวคลื่นเสร็จสมบูรณ์ โดยมีแบนด์วิดท์ที่ปรับได้ขนาดใหญ่และกำลังส่งออกสูง โครงสร้างหลักที่ใช้เทคโนโลยีการควบคุมเชิงกล ได้แก่ DFB (การตอบรับแบบกระจาย) ECL (เลเซอร์โพรงภายนอก) และ VCSEL (เลเซอร์ปล่อยแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง) ต่อไปนี้จะอธิบายจากแง่มุมเหล่านี้ของหลักการของเลเซอร์ที่ปรับได้
การประยุกต์ใช้งานระบบสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์แบบปรับได้เป็นอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่นรุ่นใหม่และการแลกเปลี่ยนโฟตอนในเครือข่ายออปติกทั้งหมด การใช้งานเลเซอร์แบบปรับได้ช่วยเพิ่มความสามารถ ความยืดหยุ่น และความสามารถในการปรับขนาดของระบบส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก และยังสามารถปรับจูนได้อย่างต่อเนื่องหรือเกือบต่อเนื่องในช่วงความยาวคลื่นกว้าง
บริษัทและสถาบันวิจัยทั่วโลกต่างส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาเลเซอร์แบบปรับได้อย่างจริงจัง และความก้าวหน้าใหม่ๆ ในด้านนี้ยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ประสิทธิภาพของเลเซอร์แบบปรับได้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและต้นทุนก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน เลเซอร์แบบปรับได้แบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ ได้แก่ เลเซอร์แบบปรับได้แบบเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญในระบบสื่อสารด้วยแสง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพการแปลงสูง ประหยัดพลังงาน ฯลฯ และสามารถบูรณาการออปโตอิเล็กทรอนิกส์ชิปตัวเดียวเข้ากับอุปกรณ์อื่นได้ง่าย สามารถแบ่งได้เป็นเลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจายที่ปรับได้ เลเซอร์กระจกแบร็กก์แบบกระจาย เลเซอร์ปล่อยพื้นผิวโพรงแนวตั้งของระบบไมโครมอเตอร์ และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอก
การพัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้เป็นตัวกลางขยายสัญญาณและการพัฒนาไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นแหล่งปั๊มช่วยส่งเสริมการพัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์เป็นอย่างมาก เลเซอร์แบบปรับได้ใช้แบนด์วิดท์ขยายสัญญาณ 80 นาโนเมตรของไฟเบอร์ที่ถูกเจือปน และองค์ประกอบตัวกรองจะถูกเพิ่มเข้าไปในลูปเพื่อควบคุมความยาวคลื่นของเลเซอร์และปรับความยาวคลื่นให้เหมาะสม
การพัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้นั้นมีความคึกคักอย่างมากทั่วโลก และความก้าวหน้าก็รวดเร็วมากเช่นกัน เนื่องจากเลเซอร์แบบปรับได้เริ่มเข้าใกล้เลเซอร์ความยาวคลื่นคงที่มากขึ้นในแง่ของต้นทุนและประสิทธิภาพ จึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่เลเซอร์แบบปรับได้จะถูกใช้มากขึ้นในระบบการสื่อสารและมีบทบาทสำคัญในเครือข่ายออปติกทั้งหมดในอนาคต
แนวโน้มการพัฒนา
มีเลเซอร์แบบปรับได้หลายประเภท ซึ่งโดยทั่วไปจะพัฒนาขึ้นโดยนำกลไกการปรับความยาวคลื่นมาใช้เพิ่มเติมบนพื้นฐานของเลเซอร์แบบความยาวคลื่นเดียวต่างๆ และมีการนำสินค้าบางประเภทเข้าสู่ตลาดทั่วโลก นอกเหนือจากการพัฒนาเลเซอร์แบบปรับได้แบบออปติกต่อเนื่องแล้ว ยังมีรายงานเลเซอร์แบบปรับได้ที่มีฟังก์ชันอื่นๆ ในตัว เช่น เลเซอร์แบบปรับได้ที่รวมเข้ากับชิป VCSEL ตัวเดียวและตัวปรับการดูดกลืนไฟฟ้า และเลเซอร์ที่รวมเข้ากับตัวสะท้อน Bragg แบบเกรตติ้งตัวอย่างและแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์และตัวปรับการดูดกลืนไฟฟ้า
เนื่องจากเลเซอร์ปรับความยาวคลื่นได้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เลเซอร์ปรับความยาวคลื่นของโครงสร้างต่างๆ จึงสามารถนำไปใช้กับระบบต่างๆ ได้ และแต่ละระบบก็มีข้อดีและข้อเสีย เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอกสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงปรับความยาวคลื่นแบบแบนด์วิดท์กว้างในเครื่องมือทดสอบความแม่นยำได้ เนื่องจากมีกำลังเอาต์พุตสูงและความยาวคลื่นที่ปรับความยาวคลื่นได้อย่างต่อเนื่อง จากมุมมองของการรวมโฟตอนและการรองรับเครือข่ายออปติกทั้งหมดในอนาคต DBR แบบเกรตติ้งตัวอย่าง, DBR แบบเกรตติ้งที่มีโครงสร้างเหนือชั้น และเลเซอร์ปรับความยาวคลื่นที่รวมเข้ากับโมดูเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์อาจเป็นแหล่งกำเนิดแสงปรับความยาวคลื่นที่มีแนวโน้มดีสำหรับ Z
ไฟเบอร์เลเซอร์แบบปรับได้พร้อมโพรงภายนอกเป็นแหล่งกำเนิดแสงประเภทหนึ่งที่มีแนวโน้มดีเช่นกัน ซึ่งมีโครงสร้างเรียบง่าย ความกว้างของเส้นแคบ และการเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่ง่ายดาย หากสามารถรวมโมดูเลเตอร์ EA ไว้ในโพรงได้ ก็จะสามารถใช้เป็นแหล่งโซลิตันออปติกแบบปรับได้ความเร็วสูงได้เช่นกัน นอกจากนี้ เลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้ที่ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คาดว่าประสิทธิภาพของเลเซอร์แบบปรับได้ในแหล่งกำเนิดแสงการสื่อสารด้วยแสงจะได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม และส่วนแบ่งการตลาดจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยมีแนวโน้มการใช้งานที่สดใสมาก
เวลาโพสต์: 31 ต.ค. 2566